![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Дослідження залежності опору металів і напівпровідників від температури
- •Зміст роботи і завдання
- •Короткі теоретичні відомості Утворення енергетичних зон у твердих тілах
- •Зонна структура металів, діелектриків, напівпровідників
- •Напівпровідники із власною і домішковою провідністю
- •Електропровідність металів Основні твердження теорії Друде
- •Питома провідність у теорії Друде
- •Температурна залежність опору металів
- •Електропровідність напівпровідників
- •Температурна залежність провідності напівпровідника
- •Експериментальна установка
- •Порядок виконання роботи Дослідження залежності опору металів від температури
- •Дослідження залежності опору напівпровідників від температури
- •Література
Напівпровідники із власною і домішковою провідністю
При
К
зона провідності напівпровідника цілком
порожня, а валентна зона цілком заповнена
електронами (рис.2в). Між
валентною зоною і зоною провідності
існує енергетичний зазор – заборонена
зона
.
У
типових напівпровідників
1 еВ.
При зовнішньому впливі на напівпровідник
(нагріванні, опромінюванні, прикладанні
електричного поля) електрон валентної
зони, одержавши енергію більшу за
,
переходить у зону провідності, де він
стає вільним.
Як і при опроміненні діелектриків, це
у свою чергу приводить до появи у
валентній зоні вакантного місця –
“дірки”, що без втрати енергії може
бути заповнена іншим електроном валентної
зони.
Після цього заповнення у валентній зоні
утвориться нова дірка, але вже просторово
зміщена порівняно із первісною.
Має місце дрейф “дірки” по кристалу.
Оскільки термін “дірка” є загальновживаним,
надалі лапки у ньому опустимо.
Таким чином, дірка є вільним зарядом і, так само як електрон, бере участь у тепловому русі. При розміщенні напівпровідника у зовнішньому електричному полі, на хаотичний тепловий рух електронів і дірок накладається упорядкований рух, що створює електричний струм.
Напівпровідник,
у якому вільні носії виникають тільки
за рахунок розриву валентних зв'язків,
називається власним.
Концентрації
вільних електронів у
зоні провідності
або дірок у валентній зоні
(індекс
від
англ. intrinsic
– власний) у
власному напівпровіднику
рівні:
,
(1)
оскільки кожен електрон, що переходить у зону провідності, залишає у валентній зоні дірку. Рівень, що відповідає енергії Фермі у власному напівпровіднику, лежить звичайно посередині забороненої зони (рис.2в).
У
чистий напівпровідник можна ввести
атоми-домішки. Такий
напівпровідник називають легованим,
а процедуру внесення домішки – легуванням.
Число
валентних електронів домішки може бути
як більше, так і менше числа валентних
електронів атома напівпровідника.
У першому випадку “зайвий” електрон
переходить у зону провідності, а атом
домішки перетворюється в позитивно
заряджений іон.
Домішка,
що дає електрони в зону провідності,
називається донорною,
електропровідність напівпровідника з
даною домішкою – електронною, а сам
напівпровідник
–
напівпровідником
типу
провідності. Отже,
донорний рівень визначається як
нейтральний при заповненні його
електроном, і як позитивно заряджений,
коли він порожній.
В
другому випадку атом домішки “захоплює”
електрон з валентної зони, і у підсумку
з'являється негативно заряджений іон
і вільна дірка.
Концентрація вільних носіїв заряду
тепер визначається концентрацією
домішки.
Домішка,
що дає дірки у валентній
зоні, називається акцепторною,
електропровідність напівпровідника –
дірковою, а сам напівпровідник –
напівпровідником
типу
провідності. Акцепторний
рівень є нейтральним у незаповненому
стані і негативно заряджений при
заповненні його електроном.
Домішка
вибирається таким чином, щоб верхній
валентний енергетичний рівень донорної
домішки
був розташований у забороненій зоні
напівпровідника поблизу зони провідності,
а акцепторної домішки
–поблизу
валентної зони напівпровідника
(рис.2г). Такий вибір енергетичного
положення домішок продиктований тим,
що спрощується їх іонізація.
Наприклад,
для германія, який має
=
0,7 еВ, домішки фосфору є донорами і
утворюють рівні на відстані
=
0,01 еВ від дна зони провідності, а домішки
галію є акцепторами, для яких
відстоїть на0,05
еВ від валентної зони.
Особливості
зонної структури визначають і
електрофізичні властивості твердих
тіл. Питомий
опір
різних речовин лежить у широкому
діапазоні значень. Наприклад, при
кімнатній температурі
10-8
Омм
для металів,
104…107
Омм
для напівпровідників
і
1012…1020
Омм
для ізоляторів. При зміні температури
твердого тіла його опір електричному
струму змінюється. У залежності від
роду твердого тіла температурні
залежності опору носять найрізноманітніший
характер. Наприклад, опір металів з
ростом температури зростає, а опір
напівпровідників зменшується.
Щоб зрозуміти, які процеси відбуваються
в провідниках при проходженні електричного
струму, розглянемо основні положення
теорії електропровідності металів і
напівпровідників і причини розходження
температурних залежностей їхніх опорів.